分离膜作为膜分离过程的关键核心部分,其分离层结构和复合结构对于最终的膜性能起到非常重要的作用。基于不同膜材料可以制备不同的复合膜结构,如分离层厚度、纳米结构、支撑层的孔道结构、支撑层和分离层之间的过渡结构,都会对于膜的渗透性能及分离性能起到相当重要的影响。在纳滤（NF）、渗透汽化（PV）等分子级分离应用中,理想的复合膜结构应具有超薄且致密的分离皮层,以及渗透阻力小且强度高的支撑层结构。这种复合膜结构在保证膜分离性能的情况下,可以最大程度提升膜的渗透通量,从而获得更高的分离效率。然而,这种理想的结构由于基膜的化学稳定性、热稳定性和表面孔道结构等因素,在制备上目前尚有难度。本文针对传统的复合膜制备方法进行了优化,在浸涂法和界面聚合法中进行了分离层结构优化和复合结构优化,根据其分离层材料性质,分别进行渗透汽化和纳滤性能评估。此外,在现有复合膜制备方法的基础上,开发了一种全新的复合膜制备方法—薄膜剥离技术,以聚苯并咪唑为分离层制备了薄膜复合膜,应用于有机溶剂纳滤分离。具体的研究工作如下:首先研究了在浸涂法中复合膜中间层结构对于形成无缺陷分离层的作用。采用浸涂法制备了中空纤维陶瓷膜负载的聚多糖分离层复合膜。通过陶瓷基膜表面浸涂超细氧化钛-海藻酸钠的混合水溶液进行中间层处理,缩小基膜表面过大的孔径,优化了陶瓷支撑层的外表面结构。通过对分离层铸膜液的浓度控制,在浸涂之后得到了厚度约为2 μm的无缺陷聚多糖分离层。此外,以线性多糖海藻酸钠为骨架,添加了超支化的糖原分子并通过戊二醛使二者交联,使聚多糖分离层的化学结构得到优化。在75℃下25 wt.%含水量的乙醇溶液渗透汽化脱水应用中,经过优化的复合膜达到1.25 L m-2 h-1的渗透通量,对于乙醇和水的分离因子达到187,并且分离层溶胀度仅为18.6%。其次研究了分离层纳米结构化对于膜复合结构的提升。采用界面聚合（IP）法制备了具有网状管式纳米结构的聚酰胺纳滤膜。在界面聚合过程中,通过添加表面具有不同Zeta电位的UiO-66金属有机骨架,探讨纳米材料荷电性对界面聚合过程中水相单体的扩散速率和方向的影响。同时,对于界面聚合反应动力学的调控,形成了具有纳米结构的杂化聚酰胺功能层。在水相中,电中性的UiO-66颗粒周围会聚集哌嗪分子,从而导致在界面聚合过程中形成聚酰胺包裹UiO-66颗粒的褶皱结构,所形成的分离层褶皱结构由于颗粒团聚的尺寸效应具有较大的高度差;在油相中,表面带正电的UiO-66会抑制哌嗪分子从水相往相界面的扩散,不均匀的油水相单体沿两相界面的传质速率导致聚合过后管式纳米结构的形成。通过对于聚酰胺层纳米结构的优化,获得了 67%的通量提升,其具有9.75 L m-2 h-1 bar-1的水通量和99.6±0.3%的硫酸钠截留率。同时,基于前期的基础,进一步研究了可以单独作为纳滤脱盐的微孔分离层材料—UiO-66金属有机骨架。通过原位生长法在一种UiO-66自掺杂的混合基质基膜上,制备了具有不同Zeta电位的UiO-66聚多晶分离层,建立了 Zeta电位与脱盐性能之间的关系。基于UiO-66表面Zeta电位的调控,系统地研究了水在合成系统中的含量对于UiO-66聚多晶表面Zeta电位修饰的机理。在耐强极性溶剂基膜的选择上,制备了一种由四元单体构成的环氧树脂,在其基础上掺杂共混UiO-66并以聚四氟乙烯板为载体进行原位共聚,得到了具有大孔结构和高通量的混合基质基膜。在基膜表面原位生长UiO-66金属有机骨架得到了基于微孔UiO-66聚多晶分离层的复合膜,并采用浓度0.30 wt.%的五种盐溶液对所制得的复合膜进行了纳滤脱盐性能评估。结果表明具有高表面Zeta电位的UiO-66聚多晶分离层由于增强的静电排斥效应,其二价盐截留提升非常显著,对于C a2+和Mg2+的盐截留率,分别从80.3%提升至91.7%以及从92.2%提升至98.3%。最后,基于对现有薄膜复合膜制备方法的理解与实验工作,开发了一种全新的薄膜复合膜制备技术—薄膜剥离法,制备了基于超薄聚苯并咪唑分离层和大孔支撑层的复合膜。相反于从基膜到分离层的传统制膜顺序,薄膜剥离法采用了在预先制备的超薄分离层上原位聚合多孔支撑层,实现对分离层和支撑层的单独精确结构调控。先在玻璃板上通过刮涂和溶剂挥发得到超薄的分离皮层,再在已有的分离层表面制备一层多孔的聚环氧树脂。通过多孔层单体上环氧基与聚苯并咪唑上胺基之间的反应,形成复合膜层间结合力从而使分离层从基材上脱离。通过前章中四元单体体系,对支撑层的高分子链柔性和交联密度进行了调控,优化环氧树脂与致孔剂之间的相互作用,从而得到了理想的大孔支撑层结构。在有机溶剂纳滤应用中,该新型薄膜复合膜展现出了高于传统复合膜的溶剂渗透性能,乙腈通量达到19.7 L m-2 h-1 bar-1并且对于溶剂中分子量为248.7 g mol-1的碱性橙溶质实现完全截留。